提炼3D理念，在课堂教学中培养学生创新精神

钱泽仪 胡朗

摘 要：随着中小学创客教育的开展和深入，开发学生创造潜力的课程形式也越来越多样化——计算机编程、机器人、无人机、人工智能等，3D打印教育也逐步成为许多中小学的选择之一;但在实际教学过程中，往往会因为“3D打印”这个词而受限于仅仅学习硬件操作，只是通过信息技术教师打印一些教学模型。绝大多数教师对3D、3D打印、3D教育的真正意义不甚了解，没能真正发挥3D理念在培养学生创造能力和创新精神方面的育人功能，无法更好地在课堂教学中落实学科核心素养。

关键词：3D打印;3D理念;核心素养;创新精神

3D打印技术被誉为引领第三次工业革命的新技术，不但会引领科技行业走向一个新的方向，同时也会为学校教育帶来新的发展契机，提供改变传统课堂教学模式的思路。3D不仅仅是一项打印技术，我们要提炼其操作过程中的育人理念，并将其融入学科课堂教学中，科学合理地将3D打印、3D设计和学科课程整合，以促进学习效果的最优化，更好地培养学生创新精神和创造能力，落实立德树人的根本任务。

一、3D技术

3D是英文“3Dimensions”的简称，即有长、宽、高三个维度，相对于只有长和宽的平面（2D）而言，3D就是立体的空间，主要指基于电脑、互联网的数字化的立体技术，也就是三维数字化，它包括了3D软件技术和3D硬件技术。

3D打印技术是一种新型的快速成型技术，无需机械加工或模具，直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体。由于人们对世界的感知都是三维立体的，具有丰富的色彩、光泽、表面、材质等外观，因此3D打印技术迅猛发展，广泛应用于军事、教育、生产、娱乐、医学、航空等众多领域，成为第三次工业革命最具标志性的生产工具。

3D设计是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础，它是建立在平面二维设计的基础上，让设计目标更立体化、更形象化的一种新兴设计方法。

基于电脑和互联网的三维数字化技术，终于使人们对现实三维世界的认识重新回归到原始的直观立体的境界，无论在虚拟的网络上还是在现实的生活中，到处都能见到电脑制作的数字化的3D模型、动画与仿真，如今正广泛地运用于生产生活实际，如：3D电影、3D印刷、3D引擎、3D鼠标、3D系统等。

二、3D课程开发

3D设计（即三维设计）、3D打印技术日趋成熟，让越来越多热衷于将创意变为现实的青少年踏上了“创客”之路，因此，中小学课堂教学模式也在发生改变，3D打印在教育领域中的应用受到越来越多的关注，但很多教师过多地关注3D打印机本身功能和作用，而忽视了对其本质内涵——打印内容创建过程即3D设计的关注，忽略了3D设计创意、3D数据模型这一前端重要领域，没能在教学中真正发挥其功能和作用。

3D打印不仅仅是信息学科或兴趣活动课程，其可以融入学校教育的所有课堂中，美术课、手工课不仅仅只是画画、剪纸之类的简单课程;语文、政治、历史等文科课堂中涉及的人文、地理、历史、军事等也可以通过3D打印让更多的内容还原为现实模型，让学生更直观地接受和理解;理科课堂中几何模型，微观世界的分子、原子、质子、电子、细胞的结构等也能更直观地呈现给学生，便于在课堂教学中突破难点，提高课堂效率。因此，把3D打印技术运用到课堂教学中，不仅能让学生亲手操作3D打印机，更能让他们学会如何把自己脑中的创意变为实体，并在其过程中锻炼创新能力和动手实践能力。

在学校运用3D打印的过程中，我们重点要解决打印什么、怎么打印、如何运用打印结果的实际问题，就必须针对学生实际开发相应的3D课程，如：3D设计、3D打印技术、3D软件、3D创意、3D与学科课程的联系等，并且要符合中学生接受的年龄特征，具有趣味性强、易操作性等特点，才能激发学生学习和参与的动力，真正把3D运用于学校教育教学中。

三、提炼3D理念

3D打印不仅仅是针对3D技术和3D模型的应用，我们更应该提炼3D课程的核心理念，并结合当前培养学生核心素养、落实立德树人的根本任务，把3D理念与各学科的课堂教学相结合，致力于培养学生的创新精神和实践能力，提高中小学生的科学素养。

（一）实践理念

人们对世界的感知是三维的，认识来源于实践的需求，知识的认知和接受只有在实践中才能更好地完成;实践的发展为人们提供了日益完备的认识工具，并锻炼和提高了人们的认识能力。所以课堂教学中的书本知识只有和实践相结合，回归事物的本质，才能抓住学生兴趣、启迪学生智慧、提高课堂效率，才能真正完成认知的目的——运用知识改造世界。

（二）创新理念

《中共中央国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》指出：培养学生的创新精神和实践能力是素质教育的重点，也是实现素质教育改革的突破口，是提高教育教学质量的关键。而3D课程，可以充分发挥学生的想象力，通过不断地完善论证，充分利用身边资源将创新作品通过打印转变为实物展现出来，学生在享受创新过程的同时，养成合作探究的习惯、科学探究的精神、自我学习的方式;学校从培养学生创新精神入手，以提高创新能力为核心，带动学生整体素质的自主构建和协调发展。

（三）建模理念

3D教育在把创意变为现实的过程中，最终作品是实物模型，把抽象的创意、微观粒子、未知世界等通过3D技术转换成直观的模型，增强学生的理解能力和对知识的接受能力，同时在建模的过程中建立起自我查询知识的新型的学习通道，验证学生的创新设想，激发学生的创造潜能，养成把复杂问题通过信息化手段简单化地解决问题的思维习惯，课堂中教师要引导学生从生活中发现问题、探究问题、通过设计模型解决问题的科学探究方法。

四、3D理念与创新思维的培养

在创客文化席卷全球的今天，3D打印与3D设计（三维设计）融合现代信息技术手段，是创新教育中的一种重要形式，也是最根本的基础教育，开拓了创新课堂的新模式，给学校教育教学工作带来了深刻的影响。